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Mit der Verfügbarkeit schneller A/D-Wandler werden Direktwandler-Empfänger immer beliebter. Um eine hohe Dynamik der Sendefrequenz zu erreichen, werden eine PLL mit hoher Steuerspannung und ein VCO verwendet. Wir führen eine solche Schaltung ein.

PLLs (Phase Locked Loops) werden zur Takterzeugung in Sende- und Empfangsschaltungen verwendet, um die gewünschte Sende- oder Empfangsfrequenz auszuwählen. Sie haben sich in diesen Anwendungen seit Jahren bewährt. Mit der Verfügbarkeit schneller A/D-Wandler im Gigasample-Bereich, wie dem Zweikanal-Wandler AD9680 oder dem AD9625 (2,5 GSample/s), werden immer mehr sogenannte Direct Conversion Receiver, auch Zero IF genannt Beliebt. Durch die hohe Bandbreite des A/D-Wandlers können sehr große Datenmengen übertragen werden.

In vielen Bereichen wird jedoch ein hoher Dynamikbereich der Sendefrequenz benötigt. Eine Möglichkeit dies zu erreichen ist die Verwendung einer PLL mit hoher Steuerspannung und einem entsprechenden VCO (Voltage Controlled Oscillator).

Eine entsprechende Schaltung ist in Bild 1 dargestellt. Sie besteht aus einem Netzteil auf Basis eines Aufwärtswandlers und einem rauscharmen Linearregler (Low Noise LDO). Die PLL wird mit einem passiven Filter kombiniert, was die Anzahl der Komponenten im Vergleich zu einem aktiven Filter reduziert und für weniger Störungen und Phasenrauschen sorgt. Dazu muss jedoch ein großer Bereich für die Steuerspannung des VCO zur Verfügung stehen. Die Lösung ist der PLL ADF4150HV, der mit Spannungen bis 30 V betrieben werden kann und damit den VCO im Bereich von 1 bis 29 V präzise ansteuern kann. Dieser deckt einen Frequenzbereich von 35 MHz bis 2 GHz ab. Dieser Bereich kann mit einem entsprechenden VCO und einem Prescaler (ADF5001) auf bis zu 12 GHz erweitert werden.

Um die beste Leistung aus der PLL herauszuholen, muss die Versorgungsspannung entsprechend gut sein. Als Versorgung stehen im Schaltungsbeispiel 5 V zur Verfügung, die mit einem LDO auf 3,3 V zur Versorgung der PLL geregelt werden. Der verwendete ADP150 ist mit einem Spannungsrauschen von 9 µVeff eine gute Wahl. Die Versorgung kann durch den Einsatz eines ADM7150 optimiert werden, dessen Rauschen 1 µVeff beträgt.

Der ADP1613 dient in einer Up-Converter-Schaltung zur Erzeugung der 28 V. Das Bauteil kann mit 650 kHz oder 1,3 MHz betrieben werden, was die Möglichkeit einer einfachen Filterung bietet und gleichzeitig schnelle Transienten regeln kann. Die Schaltfrequenz sollte größer als 1 MHz sein, da der Schleifenfilter der PLL diese reduzieren oder sogar unterdrücken kann.

Das Ausarbeiten der Schaltung für den ADP1613 wird durch das Tool ADIsimPower erheblich vereinfacht. Abbildung 3 zeigt die Eingabemaske für ADIsimPower. Als Eingangsspannung werden 5 V ± 10 % eingegeben, als Ausgangsspannung 28 V bei einem maximalen Strom von 10 mA. Wichtig für die Versorgung der PLL sind die Zusatzinformationen 0,2% Ausgangsspannungswelligkeit und 1% Ausgangsspannungspegelfehler sowie der Hook für den Rauschfilter. Die Ausgabe des Tools sieht in etwa wie die Schaltung in Abbildung 1 aus.

Durch die Verwendung der HV-PLL, die eine direkte Ansteuerung des VCO ermöglicht, kann ein passiver Schleifenfilter verwendet werden. Ein aktiver Schleifenfilter wird verwendet, wenn die PLL nur eine Steuerspannung von 5V (Standard) liefert. Bei dieser Art von Filter wird der verwendete Operationsverstärker mit der entsprechend hohen Spannung versorgt. Der passive Filter hat eine um ca. 40 dB bessere Störunterdrückung als der aktive Filter.

Die Schaltung aus Abbildung 1 kann auch mit 15 V betrieben werden. Für den ADP150 muss ein Vorregler geschaltet werden (zB ADP7104), der gleiche Typ kann auch zur Versorgung des VCO verwendet werden (12 V am VVCO-Pin). In diesem Fall muss die Eingangsspannung 1 V über der VCO-Versorgung liegen, damit der ADP7104 über einen ausreichenden Regelbereich verfügt, um eine rauscharme Spannung bereitzustellen.

* Thomas Tzscheetzsch arbeitet als Senior Field Application Engineer bei Analog Devices in München.

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